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Wetter ist der Zustand der Atmosphäre, der beispielsweise beschreibt, wie heiß oder kalt, nass oder trocken, windstill oder stürmisch, klar oder bewölkt ist. Auf der Erde ereignen sich die meisten Wetterphänomene in der untersten Schicht der Erdatmosphäre, der Troposphäre, direkt unterhalb der Stratosphäre. Wetter bezieht sich auf Tagestemperatur, Niederschlag und andere atmosphärische Bedingungen, während Klima der Begriff für die Mittelung atmosphärischer Bedingungen über längere Zeiträume ist. Wenn es ohne Einschränkung verwendet wird, wird unter „Wetter“ im Allgemeinen das Wetter der Erde verstanden.
Das Wetter wird durch Luftdruck, Temperatur und Feuchtigkeitsunterschiede zwischen einem Ort und einem anderen bestimmt. Diese Unterschiede können aufgrund des Sonnenwinkels an einem bestimmten Punkt auftreten, der je nach Breitengrad variiert. Der starke Temperaturkontrast zwischen polarer und tropischer Luft führt zu den größten atmosphärischen Zirkulationen: der Hadley-Zelle, der Ferrel-Zelle, der Polarzelle und dem Jetstream. Wettersysteme in den mittleren Breiten, wie z. B. außertropische Wirbelstürme, werden durch Instabilitäten der Jetstreamströmung verursacht. Da die Erdachse relativ zu ihrer Umlaufbahn (Ekliptik genannt) geneigt ist, fällt das Sonnenlicht zu verschiedenen Jahreszeiten in unterschiedlichen Winkeln ein. Auf der Erdoberfläche liegen die Temperaturen normalerweise jährlich zwischen ± 40 ° C (–40 ° F und 104 ° F). Über Tausende von Jahren können Änderungen der Erdumlaufbahn die Menge und Verteilung der von der Erde empfangenen Sonnenenergie beeinflussen und somit das langfristige Klima und den globalen Klimawandel beeinflussen.
Oberflächentemperaturunterschiede wiederum verursachen Druckunterschiede. Höhere Höhen sind kühler als niedrigere Höhen, da die meiste atmosphärische Erwärmung auf den Kontakt mit der Erdoberfläche zurückzuführen ist, während die Strahlungsverluste an den Weltraum größtenteils konstant sind. Wettervorhersage ist die Anwendung von Wissenschaft und Technologie, um den Zustand der Atmosphäre für eine zukünftige Zeit und einen bestimmten Ort vorherzusagen. Das Wettersystem der Erde ist ein chaotisches System; Infolgedessen können kleine Änderungen an einem Teil des Systems große Auswirkungen auf das System als Ganzes haben. Menschliche Versuche, das Wetter zu kontrollieren, gab es im Laufe der Geschichte, und es gibt Hinweise darauf, dass menschliche Aktivitäten wie Landwirtschaft und Industrie das Wetter verändert haben
Das Studium, wie das Wetter auf anderen Planeten funktioniert, war hilfreich, um zu verstehen, wie das Wetter auf der Erde funktioniert. Ein berühmtes Wahrzeichen im Sonnensystem, Jupiters großer roter Fleck, ist ein antizyklonaler Sturm, von dem bekannt ist, dass er seit mindestens 300 Jahren existiert. Das Wetter ist jedoch nicht auf Planetenkörper beschränkt. Die Korona eines Sterns geht ständig an den Weltraum verloren, wodurch eine im Wesentlichen sehr dünne Atmosphäre im gesamten Sonnensystem entsteht. Die Bewegung der von der Sonne ausgestoßenen Masse wird als Sonnenwind bezeichnet.
Ursachen
Auf der Erde gehören zu den üblichen Wetterphänomenen Wind, Wolken, Regen, Schnee, Nebel und Staubstürme. Weniger häufige Ereignisse sind Naturkatastrophen wie Tornados, Hurrikane, Taifune und Eisstürme. Fast alle bekannten Wetterphänomene treten in der Troposphäre (dem unteren Teil der Atmosphäre) auf. Wetter tritt in der Stratosphäre auf und kann das Wetter weiter unten in der Troposphäre beeinflussen, aber die genauen Mechanismen sind kaum bekannt.
Das Wetter entsteht hauptsächlich aufgrund von Luftdruck-, Temperatur- und Feuchtigkeitsunterschieden zwischen einem Ort zum anderen. Diese Unterschiede können aufgrund des Sonnenwinkels an einem bestimmten Ort auftreten, der je nach Breitengrad von den Tropen abweicht. Mit anderen Worten, je weiter man von den Tropen entfernt liegt, desto niedriger ist der Sonnenwinkel, was dazu führt, dass diese Orte aufgrund der Ausbreitung des Sonnenlichts über eine größere Oberfläche kühler werden. Der starke Temperaturkontrast zwischen polarer und tropischer Luft führt zu den großräumigen atmosphärischen Zirkulationszellen und dem Jetstream. Wettersysteme in den mittleren Breiten, wie z. B. außertropische Wirbelstürme, werden durch Instabilitäten der Jetstream-Strömung verursacht (siehe Baroklinität). Wettersysteme in den Tropen, wie Monsun oder organisierte Gewittersysteme, werden durch unterschiedliche Prozesse verursacht.
Da die Erdachse relativ zu ihrer Umlaufbahn geneigt ist, fällt das Sonnenlicht zu verschiedenen Jahreszeiten in unterschiedlichen Winkeln ein. Im Juni ist die nördliche Hemisphäre zur Sonne geneigt, sodass das Sonnenlicht auf jedem Breitengrad der nördlichen Hemisphäre direkter auf diese Stelle fällt als im Dezember (siehe Einfluss des Sonnenwinkels auf das Klima). Dieser Effekt verursacht Jahreszeiten. Über Tausende bis Hunderttausende von Jahren beeinflussen Änderungen der Parameter der Erdumlaufbahn die Menge und Verteilung der von der Erde empfangenen Sonnenenergie und beeinflussen das langfristige Klima. (Siehe Milankovitch-Zyklen).
Die ungleichmäßige solare Erwärmung (die Bildung von Zonen mit Temperatur- und Feuchtigkeitsgradienten oder Frontogenese) kann auch auf das Wetter selbst in Form von Bewölkung und Niederschlag zurückzuführen sein. Höhere Höhen sind typischerweise kühler als niedrigere Höhen, was das Ergebnis einer höheren Oberflächentemperatur und Strahlungserwärmung ist, die die adiabatische Abfallrate erzeugt. In einigen Situationen steigt die Temperatur tatsächlich mit der Höhe. Dieses Phänomen ist als Inversion bekannt und kann dazu führen, dass Berggipfel wärmer sind als die Täler darunter. Inversionen können zu Nebelbildung führen und wirken oft wie eine Kappe, die die Gewitterentwicklung unterdrückt. Auf lokaler Ebene können Temperaturunterschiede auftreten, weil verschiedene Oberflächen (wie Ozeane, Wälder, Eisschilde oder von Menschenhand geschaffene Objekte) unterschiedliche physikalische Eigenschaften wie Reflexionsvermögen, Rauheit oder Feuchtigkeitsgehalt aufweisen.
Oberflächentemperaturunterschiede wiederum verursachen Druckunterschiede. Eine heiße Oberfläche erwärmt die Luft darüber, wodurch sie sich ausdehnt und die Dichte und den resultierenden Oberflächenluftdruck verringert. Der resultierende horizontale Druckgradient bewegt die Luft von Regionen mit höherem zu niedrigerem Druck, wodurch ein Wind entsteht, und die Erdrotation bewirkt dann eine Ablenkung dieses Luftstroms aufgrund des Coriolis-Effekts. Die so gebildeten einfachen Systeme können dann emergentes Verhalten zeigen, um komplexere Systeme und damit andere Wetterphänomene zu erzeugen. Beispiele im großen Maßstab umfassen die Hadley-Zelle, während ein Beispiel im kleineren Maßstab Küstenbrise wäre.
Die Atmosphäre ist ein chaotisches System. Infolgedessen können sich kleine Änderungen an einem Teil des Systems anhäufen und vergrößern, um große Auswirkungen auf das System als Ganzes zu haben. Diese atmosphärische Instabilität macht Wettervorhersagen weniger vorhersehbar als Gezeiten oder Sonnenfinsternisse. Obwohl es schwierig ist, das Wetter mehr als ein paar Tage im Voraus genau vorherzusagen, arbeiten Wettervorhersager kontinuierlich daran, diese Grenze durch meteorologische Forschung zu erweitern und aktuelle Methoden der Wettervorhersage zu verfeinern. Es ist jedoch theoretisch unmöglich, nützliche tägliche Vorhersagen mehr als etwa zwei Wochen im Voraus zu treffen, was dem Potenzial für eine verbesserte Vorhersagefähigkeit eine Obergrenze auferlegt.
Den Planeten Erde gestalten
Das Wetter ist einer der grundlegenden Prozesse, die die Erde formen. Durch den Verwitterungsprozess werden Gesteine und Böden in kleinere Fragmente und dann in ihre Bestandteile zerlegt. Während des Regens nehmen die Wassertröpfchen Kohlendioxid aus der Umgebungsluft auf und lösen es auf. Dadurch wird das Regenwasser leicht sauer, was die erosiven Eigenschaften des Wassers unterstützt. Die freigesetzten Sedimente und Chemikalien können dann frei an chemischen Reaktionen teilnehmen, die die Oberfläche weiter beeinträchtigen können (z. B. saurer Regen), und Natrium- und Chloridionen (Salz), die in den Meeren/Ozeanen abgelagert werden. Das Sediment kann sich mit der Zeit und durch geologische Kräfte in andere Gesteine und Böden umformen. Auf diese Weise spielt das Wetter eine große Rolle bei der Erosion der Oberfläche.
Wirkung auf den Menschen
Wetter ist aus anthropologischer Sicht etwas, das alle Menschen auf der Welt ständig über ihre Sinne erfahren, zumindest wenn sie sich draußen aufhalten. Es gibt sozial und wissenschaftlich konstruierte Verständnisse darüber, was Wetter ist, was es verändert, welche Auswirkungen es auf Menschen in verschiedenen Situationen hat usw. Daher ist Wetter etwas, worüber Menschen oft kommunizieren. Der nationale Wetterdienst hat einen jährlichen Bericht über Todesfälle, Verletzungen und Gesamtschadenskosten, einschließlich Ernte und Eigentum. Sie sammeln diese Daten über die Büros des Nationalen Wetterdienstes in den 50 Bundesstaaten der Vereinigten Staaten sowie in Puerto Rico, Guam und den Jungferninseln. Bis 2019 hatten Tornados mit 42 Todesopfern die größten Auswirkungen auf die Menschen und verursachten Ernte- und Sachschäden von über 3 Milliarden Dollar.
Auswirkungen auf Populationen
Das Wetter hat in der Geschichte der Menschheit eine große und manchmal direkte Rolle gespielt. Abgesehen von klimatischen Veränderungen, die die allmähliche Abwanderung der Bevölkerung verursacht haben (z. B. die Wüstenbildung im Nahen Osten und die Bildung von Landbrücken während der Eiszeit), haben extreme Wetterereignisse kleinere Bevölkerungsbewegungen verursacht und direkt in historische Ereignisse eingegriffen. Ein solches Ereignis ist die Rettung Japans vor der Invasion der mongolischen Flotte von Kublai Khan durch die Kamikaze-Winde im Jahr 1281. Die französischen Ansprüche auf Florida endeten 1565, als ein Hurrikan die französische Flotte zerstörte und Spanien die Eroberung von Fort Caroline ermöglichte. In jüngerer Zeit verteilte der Hurrikan Katrina über eine Million Menschen von der zentralen Golfküste in andere Teile der Vereinigten Staaten und wurde zur größten Diaspora in der Geschichte der Vereinigten Staaten.
Die Kleine Eiszeit verursachte in Europa Ernteausfälle und Hungersnöte. Während der als Grindelwald-Fluktuation bekannten Periode (1560–1630) scheinen vulkanische Antriebsereignisse zu extremeren Wetterereignissen geführt zu haben. Dazu gehörten Dürren, Stürme und ungewöhnliche Schneestürme sowie die Ausdehnung des Schweizer Grindelwaldgletschers. In den 1690er Jahren erlebte Frankreich die schlimmste Hungersnot seit dem Mittelalter. Finnland litt 1696–1697 unter einer schweren Hungersnot, bei der etwa ein Drittel der finnischen Bevölkerung starb.
Prognose
Wettervorhersage ist die Anwendung von Wissenschaft und Technologie, um den Zustand der Atmosphäre für eine zukünftige Zeit und einen bestimmten Ort vorherzusagen. Menschen haben seit Jahrtausenden versucht, das Wetter informell vorherzusagen, und seit mindestens dem 19. Jahrhundert formell. Wettervorhersagen werden erstellt, indem quantitative Daten über den aktuellen Zustand der Atmosphäre gesammelt und wissenschaftliche Erkenntnisse über atmosphärische Prozesse verwendet werden, um zu prognostizieren, wie sich die Atmosphäre entwickeln wird.
Früher ein rein menschliches Unterfangen, das hauptsächlich auf Änderungen des Luftdrucks, der aktuellen Wetterbedingungen und des Himmelszustands beruhte, werden heute Vorhersagemodelle verwendet, um zukünftige Bedingungen zu bestimmen. Auf der anderen Seite ist immer noch menschlicher Input erforderlich, um das bestmögliche Prognosemodell auszuwählen, auf dem die Prognose basiert, was viele Disziplinen wie Mustererkennungsfähigkeiten, Televerbindungen, Kenntnisse der Modellleistung und Kenntnisse der Modellverzerrungen umfasst.
Die chaotische Natur der Atmosphäre, die enorme Rechenleistung, die erforderlich ist, um die Gleichungen zu lösen, die die Atmosphäre beschreiben, die Fehler bei der Messung der Anfangsbedingungen und ein unvollständiges Verständnis der atmosphärischen Prozesse führen dazu, dass Vorhersagen mit dem Unterschied in der aktuellen Zeit ungenauer werden und die Zeit, für die die Vorhersage gemacht wird (die Bereich der Prognose) steigt. Die Verwendung von Ensembles und Modellkonsens hilft, den Fehler einzugrenzen und das wahrscheinlichste Ergebnis auszuwählen.
Es gibt eine Vielzahl von Endbenutzern für Wettervorhersagen. Wetterwarnungen sind wichtige Vorhersagen, denn sie dienen dem Schutz von Leben und Sachwerten. Vorhersagen auf der Grundlage von Temperatur und Niederschlag sind wichtig für die Landwirtschaft und damit für Rohstoffhändler an den Aktienmärkten. Temperaturprognosen werden von Versorgungsunternehmen verwendet, um die Nachfrage in den kommenden Tagen abzuschätzen.
In einigen Gegenden verwenden Menschen Wettervorhersagen, um zu bestimmen, was sie an einem bestimmten Tag anziehen sollen. Da Outdoor-Aktivitäten durch starken Regen, Schnee und Windchill stark eingeschränkt werden, können Prognosen verwendet werden, um Aktivitäten rund um diese Ereignisse zu planen und vorausschauend zu planen, um sie zu überstehen.
Tropische Wettervorhersagen unterscheiden sich von denen in höheren Breiten. Die Sonne scheint direkter auf die Tropen als auf höhere Breiten (zumindest im Durchschnitt über ein Jahr), was die Tropen warm macht (Stevens 2011). Und die vertikale Richtung (oben, wenn man auf der Erdoberfläche steht) ist am Äquator senkrecht zur Rotationsachse der Erde, während die Rotationsachse und die Vertikale am Pol gleich sind; dadurch beeinflusst die Erdrotation die atmosphärische Zirkulation in hohen Breiten stärker als in niedrigen. Aufgrund dieser beiden Faktoren können Wolken und Regenstürme in den Tropen spontaner auftreten als in höheren Breiten, wo sie stärker von größeren Kräften in der Atmosphäre kontrolliert werden. Aufgrund dieser Unterschiede sind Wolken und Regen in den Tropen schwieriger vorherzusagen als in höheren Breiten. Andererseits lässt sich die Temperatur in den Tropen leicht vorhersagen, da sie sich kaum ändert.
Änderung
Das Bestreben, das Wetter zu kontrollieren, ist in der gesamten Menschheitsgeschichte offensichtlich: von alten Ritualen, die Regen für die Ernte bringen sollten, bis zur US-Militäroperation Popeye, einem Versuch, Versorgungsleitungen durch Verlängerung des nordvietnamesischen Monsuns zu unterbrechen. Die erfolgreichsten Versuche, das Wetter zu beeinflussen, beinhalten Cloud Seeding; Dazu gehören die Nebel- und Niedrigschicht-Dispersionstechniken, die von großen Flughäfen eingesetzt werden, Techniken zur Erhöhung der Winterniederschläge über Bergen und Techniken zur Unterdrückung von Hagel. Ein aktuelles Beispiel für Wetterkontrolle war Chinas Vorbereitung auf die Olympischen Sommerspiele 2008. China schoss 1.104 Regenstreuungsraketen von 21 Standorten in der Stadt Peking ab, um Regen von der Eröffnungszeremonie der Spiele am 8. August 2008 fernzuhalten. Guo Hu, Leiter des städtischen Meteorologischen Büros (BMB) von Peking, bestätigte den Erfolg der Operation mit 100 Millimetern Niederschlag in der Stadt Baoding in der Provinz Hebei im Südwesten und im Pekinger Bezirk Fangshan mit einem Niederschlag von 25 Millimetern.
Während es keine schlüssigen Beweise für die Wirksamkeit dieser Techniken gibt, gibt es umfangreiche Beweise dafür, dass menschliche Aktivitäten wie Landwirtschaft und Industrie zu unbeabsichtigten Wetteränderungen führen:
- Saurer Regen, verursacht durch industrielle Emission von Schwefeldioxid und Stickoxiden in die Atmosphäre, wirkt sich nachteilig auf Süßwasserseen, Vegetation und Bauwerke aus.
- Anthropogene Schadstoffe verringern die Luftqualität und Sichtweite.
- Es wird erwartet, dass der durch menschliche Aktivitäten verursachte Klimawandel, der Treibhausgase in die Luft freisetzt, die Häufigkeit extremer Wetterereignisse wie Dürre, extreme Temperaturen, Überschwemmungen, starke Winde und schwere Stürme beeinflussen wird.
- Es hat sich gezeigt, dass Wärme, die von großen Ballungsräumen erzeugt wird, das Wetter in der Nähe geringfügig beeinflusst, selbst in Entfernungen von bis zu 1.600 Kilometern (990 Meilen).
Die Auswirkungen unbeabsichtigter Wetteränderungen können eine ernsthafte Bedrohung für viele Aspekte der Zivilisation darstellen, darunter Ökosysteme, natürliche Ressourcen, Nahrungsmittel- und Faserproduktion, wirtschaftliche Entwicklung und die menschliche Gesundheit.
Meteorologie im Mikromaßstab
Mikroskalige Meteorologie ist die Untersuchung kurzlebiger atmosphärischer Phänomene, die kleiner als die Mesoskala sind, etwa 1 km oder weniger. Diese beiden Zweige der Meteorologie werden manchmal als „Mesoskala- und Mikroskala-Meteorologie“ (MMM) zusammengefasst und untersuchen zusammen alle Phänomene, die kleiner als die synoptische Skala sind. Das heißt, sie untersuchen Merkmale, die im Allgemeinen zu klein sind, um auf einer Wetterkarte dargestellt zu werden. Dazu gehören kleine und im Allgemeinen flüchtige Wolken-„Puffs“ und andere kleine Wolkenmerkmale.
Extreme auf der Erde
Auf der Erde liegen die Temperaturen normalerweise jährlich im Bereich von ± 40 ° C (100 ° F bis –40 ° F). Die Bandbreite der Klimazonen und Breitengrade auf dem ganzen Planeten kann Temperaturextreme außerhalb dieses Bereichs bieten. Die kälteste jemals auf der Erde gemessene Lufttemperatur beträgt –89,2 ° C (–128,6 ° F) an der Wostok-Station in der Antarktis am 21. Juli 1983. Die heißeste jemals gemessene Lufttemperatur betrug 57,7 ° C (135,9 ° F) in ‚Aziziya, Libyen , am 13. September 1922, aber diese Lesung wird in Frage gestellt. Die höchste aufgezeichnete durchschnittliche Jahrestemperatur betrug 34,4 ° C (93,9 ° F) in Dallol, Äthiopien. Die kälteste aufgezeichnete Jahresdurchschnittstemperatur betrug –55,1 ° C (–67,2 ° F) an der Wostok-Station in der Antarktis.
Die kälteste Jahresdurchschnittstemperatur an einem dauerhaft bewohnten Ort liegt in Eureka, Nunavut, in Kanada, wo die Jahresdurchschnittstemperatur –19,7 °C (–3,5 °F) beträgt.
Der windigste Ort, der jemals aufgezeichnet wurde, befindet sich in der Antarktis, Commonwealth Bay (George-V-Küste).[citation needed] Hier erreichen die Stürme 199 mph (320 km/h).[citation needed] Außerdem gab es in Mount Rainier, Washington, USA, den größten Schneefall seit zwölf Monaten. Es wurde mit 31.102 mm (102,04 ft) Schnee aufgezeichnet.
Außerirdische innerhalb des Sonnensystems
Das Studium, wie das Wetter auf anderen Planeten funktioniert, wurde als hilfreich angesehen, um zu verstehen, wie es auf der Erde funktioniert. Das Wetter auf anderen Planeten folgt vielen der gleichen physikalischen Prinzipien wie das Wetter auf der Erde, tritt jedoch auf anderen Skalen und in Atmosphären mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung auf. Der Cassini-Huygens Mission zum Titan entdeckte Wolken aus Methan oder Ethan, die Regen aus flüssigem Methan und anderen organischen Verbindungen ablagern. Die Erdatmosphäre umfasst sechs Zirkulationszonen in Breitengraden, drei auf jeder Hemisphäre. Im Gegensatz dazu zeigt Jupiters gebändertes Erscheinungsbild viele solcher Zonen, Titan hat einen einzigen Jetstream nahe dem 50. nördlichen Breitengrad und Venus hat einen einzigen Jetstream nahe dem Äquator.
Eines der berühmtesten Wahrzeichen im Sonnensystem, Jupiters großer roter Fleck, ist ein antizyklonaler Sturm, von dem bekannt ist, dass er seit mindestens 300 Jahren existiert. Auf anderen Gasriesen erreicht der Wind aufgrund der fehlenden Oberfläche enorme Geschwindigkeiten: Auf dem Planeten Neptun wurden Böen von bis zu 600 Metern pro Sekunde (etwa 2.100 km/h) gemessen. Dies hat ein Rätsel für Planetenwissenschaftler geschaffen. Das Wetter wird letztendlich durch Sonnenenergie erzeugt und die Energiemenge, die Neptun erhält, beträgt nur etwa
1⁄900 von dem, was die Erde empfängt, jedoch ist die Intensität der Wetterphänomene auf Neptun weitaus größer als auf der Erde. Die stärksten bisher entdeckten Planetenwinde befinden sich auf dem extrasolaren Planeten HD 189733 b, von dem angenommen wird, dass er Ostwinde mit mehr als 9.600 Kilometern pro Stunde (6.000 mph) hat.
Weltraumwetter
Das Wetter ist nicht auf planetare Körper beschränkt. Wie alle Sterne geht auch die Korona der Sonne ständig an den Weltraum verloren, wodurch eine im Wesentlichen sehr dünne Atmosphäre im gesamten Sonnensystem entsteht. Die Bewegung der von der Sonne ausgestoßenen Masse wird als Sonnenwind bezeichnet. Inkonsistenzen in diesem Wind und größere Ereignisse auf der Oberfläche des Sterns, wie z. B. koronale Massenauswürfe, bilden ein System, das analoge Merkmale zu herkömmlichen Wettersystemen (wie Druck und Wind) aufweist und allgemein als Weltraumwetter bekannt ist. Koronale Massenauswürfe wurden bis zum Saturn im Sonnensystem verfolgt. Die Aktivität dieses Systems kann Planetenatmosphären und gelegentlich auch Oberflächen beeinflussen. Die Wechselwirkung des Sonnenwinds mit der Erdatmosphäre kann spektakuläre Polarlichter erzeugen und verheerende Schäden an elektrisch empfindlichen Systemen wie Stromnetzen und Funksignalen anrichten.
Siehe auch
- Glossar der Meteorologie
- Indigene australische Jahreszeiten
- Umriss der Meteorologie
- Wetterstation
- Wetter 2021
Verweise
Externe Links
- Medien zum Thema Wetter bei Wikimedia Commons
- Zitate zum Thema Wetter bei Wikiquote
- Wetter